Очистка вихлопних газів, Системи зниження токсичності автомобіля
Відділення частинок
Частка викидів від автомобілів у загальній частці забруднення повітря становить приблизно 10%. Чорний, білий і блакитний дим від дизельного двигуна є безпосередньо помітними викидами і, подібно до запаху від вихлопних газів, видно як результат роботи двигуна.
Очищення вихлопних газів у дизельних двигунах покликане вирішити ці проблеми, за допомогою чого викид часток може бути зменшений приблизно на 75%.
Загалом розмір частинок, які повинні бути видалені, має вирішальне значення для практичного застосування можливих систем відділення. Частинки сажі, що викидаються дизельним двигуном, мають розміри (судячи з діаметру) від 0,01 до 10 мкм. Розмір зерна у середньому лежить близько 1 мкм (мікрону). Для часток такого розміру можуть бути використані лише фільтрація та електричні сепаратори.
Фільтр допалювання сажі
Дизельний двигун постійно працює з надлишком повітря. Це означає, що вихлопні гази містять так багато кисню, що при температурі вище приблизно 550°С, сажа, що збирається, згоряє самостійно у фільтрі (а) для допалювання сажі з ефектом самоочищення фільтра. Однак локальні пікові температури, що досягають 1200°С при допаленні сажі, вимагають використання матеріалів з особливими властивостями. Тому для цієї мети були спеціально розроблені керамічні матеріали фільтрів різної конструкції.
Штампований керамічний стільниковий елемент (2) подібний до конструкції та матеріалів каталітичного перетворювача (каталізатора), що використовується на бензинових двигунах (Ь). Однак кінці стільникових осередків поперемінно ущільнені керамічними заглушками (3).
Отже, вихлопні гази, що проходять у відкритий канал, можуть протікати через пористікерамічні стінки розташовані поруч канали, що ведуть до вихлопної труби. Керамічні стінки мають товщину не більше 0,5 мм. Так звані фільтри з «глибокою основою» розроблені як альтернатива керамічним стільниковим фільтрам. У них помітно більший розмір пор та поділ відбувається тільки на суттєвій глибині у фільтрі (товщина стінки). Тут використовуються свічки, що складаються з перевитих керамічних фіберів. Щоб унеможливити надлишкові протитиски і, таким чином, ризик забивання, необхідно передбачити допоміжну регенерацію. Температури згоряння можуть бути зменшені до 200 - 250 ° С шляхом додавання металоорганічних сполук. Допалювання в цьому випадку зможе залишитися ефективним навіть при розташуванні системи, що фільтрує, під дном кузова автомобіля. Подача зовнішньої енергії через пальник палива стане причиною посиленої регенерації фільтра.
Електричний сепаратор
Напруженість електричного поля така висока, що на кінцях або вістрях одного з електродів (3) електричного сепаратора починається емісія електронів. Внаслідок цього утворюються вільні носії заряду, які самі осаджуються на частинки, що у вихлопних газах (1). В електростатичному полі електрично заряджені частинки рухаються до електрода з протилежною полярністю, де вони відокремлюються. (2 - електростатичний накопичувач). Хоча електричний сепаратор у звичайній формі не застосовується для роботи в автомобілі (розміри, труднощі очищення), принцип його роботи за допомогою накопичення призведе до істотного зростання частинок, що відокремлюються. Потім частинки можуть бути відокремлені від потоку вихлопних газів у звичайному відцентровому сепараторі.
Циклон (пристрій відокремлення частинок від газу) (5) розташований внизу накопичувача. Завдяки відцентровій силі частинкирухаються, обертаючись, до зовнішньої стінки та звідти до відстійника. Відокремлена сажа подається до системи видалення (4) разом із потоком вихлопних газів. Можливості видалення передбачають допалювання сажі всередині або зовні двигуна або безпосереднє зберігання сажі. (6 – очищені вихлопні гази).
На відміну від фільтра допалювання сажі, витоку тиску вихлопних газів в електричному сепараторі не залежать від кількості сажі та постійні для відповідного режиму роботи (відсутня ризик забивання).
Каталітичний перетворювач (каталізатор)
Каталізатор забезпечує суттєве зменшення окису вуглецю та вуглеводнів, що викидаються дизельним двигуном. Оскільки викиди вуглеводнів роблять внесок у викид частинок, їх можна також зменшити з допомогою каталізатора.